常溫固化耐磨重防腐涂料應用分析

材料腐蝕是全世界面臨的一個嚴重問題。腐蝕不僅消耗了人們創造的寶貴財富，而且破壞了生產、生活等許多活動的正常運行。腐蝕和環境污染的關系也越來越引起人們的關注。據報道，全世界每年因腐蝕造成的直接經濟損失大約在7000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害總和的6倍，占各國國民生產總值(GNP)的2%~4%.我國腐蝕損失占國民生產總值(GNP)4%,鋼鐵因腐蝕而報廢的數量約占當年產量的25%~30%.生產設備的腐蝕經常導致工廠停產停車，勞動生產率低、成本上升，甚至發生火災、爆炸等安全事故。美國挑戰者航天飛機在升空幾分鐘后爆炸，原因就在于燃燒管腐蝕，這是一個很慘痛的教訓。為了防止腐蝕，人們創造了各種各樣的防腐蝕辦法、其中涂層防腐更為活躍。防腐蝕是有代價的抗爭過程，且重在防護。電化學防護技術中的“外加電流”和“犧牲陽極”就非常貼切地表明了防腐就是附加條件或犧牲某種替代材料。防腐涂料和涂層技術，實際就是尋找可以身先士卒地與介質環境抗爭的涂層材料，來替代金屬表面，使之退居二線“,進而保全金屬構件或設備的整體及其正常運作。總之，人們致力于防腐技術研究，所追求的目標絕不是消除腐蝕，而在于選擇付出較小的代價保護高出金屬本身價值許多倍的設備、構筑屋或工程設施。本文從腐蝕原理和防腐工序出發，對材料的腐蝕與防護進行討論。

1.腐蝕的機理

所有的材料尤其是金屬，都存在著腐蝕與防護的問題。鋼鐵的腐蝕原理與其它金屬有許多共性，所以在討論金屬腐蝕原理及其防護時，往往以鋼鐵為主要研究對象。根據腐蝕因素、腐蝕環境和腐蝕表面狀態、金屬腐蝕的機理可以分為化學腐蝕、電化學腐蝕和多因素腐蝕。

1.1化學腐蝕

金屬的化學腐蝕是金屬在干燥氣體(如氧、氯、硫化氫等)和非電解質溶液中進行化學反應的結果。化學反應作用引起腐蝕，在腐蝕過程中不產生電流。金屬的化學腐蝕只在特定的情況下發生，不具普遍性。例如：金屬的氧化M+O→MO.

1.2 電化學腐蝕

金屬和介質發生電化學反應而引起的腐蝕，在腐蝕過程中有陽極和陰極區，電流可以通過金屬在一定的距離中流動，如金屬在各種電介質溶液(如海水、酸、堿、鹽溶液、潮濕大氣等)中的腐蝕。在一般情況下，電化學腐蝕主要為微電池腐蝕和濃差電池腐蝕。

1.3 化學或電化學加機械因素的腐蝕

這是多因素引起的腐蝕。由于各種因素的相互作用，往往產生非常激烈的腐蝕，一般包括應力腐蝕、腐蝕疲勞、空蝕腐蝕等。

2.材料的保護

防止金屬腐蝕的主要方法必須從金屬和介質兩個方面來考慮。

2.1 正確選用材料并且注重加工工藝

材料的保擴是一項綜合工程，是生產的一個重要組成部分，需要多方面的配合和各個環節的銜接。

在設備和工程材料選擇方面，在滿足生產主要技術、工藝和經濟指標的前提下，應盡可能使用在給定的腐蝕條什下穩定性好的材料。如：在H2S04溶液貯槽中采用襯金屬鉛和陶瓷材料：在建戶外結構時，在強度允許的情況下，使用金屬鋁及其合金，因為鋁在一般空氣中不易腐蝕，表面有一層氧化膜保護層;在設計方面，設備和工程的結構和組合應該符合防腐蝕規律。要盡量避免不同金屬的搭接和鉚接。焊縫不宜太多，各部分受力要均勻。在技術規范和生產工藝上，如果有選擇余地的話，應把反應溫度低、壓力小、生產腐蝕性副產物少、防腐蝕要求不苛刻和設備維修容易等條件作為首要考慮內容。

2.2 覆蓋層保護

以各種方法將耐腐蝕的材料覆蓋在被保護的底材上，使其不與腐蝕介質直接接觸免遭腐蝕的方法，都屬于這一類。最常用、最簡便的是在金屬表面覆蓋上防腐涂料、塑料、橡膠、搪瓷、陶瓷、玻璃、石材等非金屬材料。此外，在金屬表面可以化學鍍、電鍍、熱噴鍍、熱溶浸鍍一層耐腐性良好的金屬、金屬合金，如：Ni、Cr、Zn、Al、Sn、Cu等金屬。金屬覆蓋保護可分為陰極覆蓋保護和陽極覆蓋保護，作為陽板覆蓋層的金屬，應比主體金屬有更負的電極電位，例如：在鐵上覆蓋Zn、Al等;陰極覆蓋層金屬的電極電位比被保護的主體金屬更正，如在鐵上覆蓋Ni、Cu、Sn、Pb等，主體金屬是陽極，霞蓋層是陰極，所以覆蓋層必須是完整的才能達到保護底材的目的。

2.3 電化學保護

電化學腐蝕的必要條件是：陽極、陰極、電介質、電流回路。除去或改變其中任何一個條件即可阻止或減緩腐蝕的進行。涂層能將金屬周圍的電介質隔離開，實際上也有電化學防腐的作用。電化學防腐主要通過陰極保護和陽極保護來實現。

3. 腐蝕介質處理

根據腐蝕介質的成分和作用特點，對腐蝕介質予以處理，一般是從腐蝕介質中除去具有腐蝕性或促進腐蝕的物質，此外，在腐蝕介質中加入緩蝕劑。

4.材料的涂裝防護

涂裝保護是金屬防護最直接、最方便、最有效的一種手段，涂裝防護已有很久的歷史，它將防護與美觀有效的結合起來，顏色多樣。因此，涂裝防護在防腐方面是其它手段不可取代的。

4.1 涂裝防護的作用

在涂料中加入大量的作為陽極的金屬粉，以涂料的施工方法覆蓋在金屬的表面上形成保護層。在腐蝕過程中，它作為陽極被腐蝕，機體金屬被保護。富鋅底漆就是此類代表。

4.2 材料表面處理

被涂材料表面在涂裝前是否經過必要的表面處理，使其達到表面平整光潔，無焊渣、銹蝕、酸堿、水分、油污等污物，是保證涂裝的關鍵。例如，如果被涂物表面有油或有水，涂裝后有可能難以形成連續涂膜，即使形成了連續涂膜，也會嚴重的影響涂膜的附著力，使涂膜過早的剝落，失去其保護和裝飾作用。被涂物表面的繡蝕、酸堿等污物不除，也會帶來同樣的后果。因此，在涂裝前進行完善的表面處理，對增強涂膜的附著力，更大地發揮涂料的保護和裝飾作用，延長產品的使用壽命，起著極為重要的作用。防腐效果的好壞，60%~70%在于表面處理和施工，即四分涂料，六分施工，由此可見表面處理和施工的重要性。

(1)除油

除油一般有幾種辦法：有機溶劑除油、化學除油、電化學除油和乳化清洗除油。最常用的是化學除油和有機溶劑除油?；瘜W除油利用油脂在堿性介質中發生皂化作用，分別將皂化油污除去，因此，也叫熱堿除油法，這種除油效果較好。有機溶劑除油是利用溶劑對油脂的溶解作用而清除油污的辦法，只適用于輕度油污的工件。常用汽油、丙酮、苯類等溶劑。溶劑毒性大，易于著火，除油不太干凈。

(2)除銹(主要指黑色金屬)

除銹有幾種方法：手工除銹、機械除銹、噴射除銹、化學除銹等。前三種除銹效果一般不佳，如果物件面積較大，很難清除干凈?；瘜W除銹利用銹的氧化物與酸溶液發生化學反應，將表面銹層溶解、剝離以達到除銹的目的，所以又稱“酸洗”除銹。表面除銹的好壞，對涂層的耐久性影響很大。瑞典科學家曾做過大規模曝曬實際試驗，試驗結果表明，除銹好壞可使涂膜耐用年數相差4倍以上。

(3)磷化處理(黑色金屬)、陽極氧化處理(鋁及其合金)

工件表面在除油、除銹后，一般不能立即涂漆，為防止重新生銹和提高涂膜的附著力，常通過一定的化學處理，使基材表面形成一層保護性的薄膜，常用的有氧化、磷化等方法。對于黑色金屬，這一工序很重要，一般不能輕易省略，因為氧化膜和磷化膜也有防腐的作用。一般磷化有高溫磷化、中溫磷化和低溫磷化，前兩種磷化效果較好，磷化后所形成的磷酸鋅鹽磷化膜是針狀結晶，可增強涂膜和金屬的附著力，而切還有很好的耐腐和耐熱性，磷化以后若防腐要求很嚴格，還需進行鈍化處理，一般用鉻酸鹽溶液處理，也稱鉻化，主要是封閉磷化層的孔隙，使磷化層中裸露的部分鈍化，以抑制殘余的磷化加速劑的腐蝕作用，進一步增強防護能力。磷化完成以后，應按照國標GB6807-86對磷化膜質量進行檢測。一般防腐的失效大多是由于磷化膜不合格所造成。對于鋁及其合金材料，除油、除銹后，應立即進行陽極氧化處理。

4.3 涂料的選用

如前所述，防護涂料的品種很多，性能各異，被保護的對象多種多樣，使用條件各不相同。總之沒有“萬能涂料”可以適應各種用途。因此，選擇涂料是十分重要的。但是，一種優異的防腐蝕涂料必須具備以下特征：

(1)耐腐蝕性能好

所謂涂料的耐腐蝕性是指其固化涂層對它所接觸的腐蝕介質(如水、酸堿、鹽、各種化學藥品、廢液、化工氣體等)，在物理性質和化學性質方面都是穩定的，即不被腐蝕介質溶脹、溶解，也不被腐蝕介質所破壞、分解，不和腐蝕介質發生有害的化學反應。

(2)透氣性和滲水性要小

涂層一般都有一定的透氣性和滲水性，為此必須選用透氣性小的成膜物質和屏蔽作用大的涂料。

(3)要有良好的附著力和一定的機械強度

涂膜能否牢固地附著在金屬基體上，是其能否發揮防腐作用的關鍵因素之一;除此之外，固化涂膜還應具有一定的物理機械強度，以承受在工作條件下的應力。

(4)涂料成本和涂裝費用低

在一般情況下，涂裝的保護費用要低于其它的保護方法。

施工費用高于涂料本身的費用。

總之，實際中往往會出現這樣的情況，某一涂料品種耐腐蝕性能很好，但對基材附著力和機械性能不佳而無法使用。為了解決耐腐蝕性能和機械性能之間的矛盾，常常采用幾種涂料復配的方法。

4.4 涂膜的結構與性能

眾所周知，涂料的基本特征是由成膜樹脂所決定的，成膜樹脂主要是有機高分了化合物，有機高分了化合物的固有特性則是由它的分子結構鏈節所決定的。因此，影響防腐涂料性能的主要因素可歸結到成膜樹脂的結構。例如：含亞甲基鍵節的烴系樹脂如酚醛樹脂、聚乙烯樹脂等具有較好的耐化學藥品性、耐水性、耐腐蝕性。含酯鍵鏈節的樹脂如醉酸樹脂、聚酯樹脂等，易被堿水解，故其耐化學腐蝕性較差;含醚鍵的環氧樹脂、酚醛樹脂等則具有很好的耐腐蝕性;含氨基甲酸酶鏈節的聚氨酯樹脂也具有極好的耐腐蝕性能。但值得注意的是，每種樹脂都含有多種化學結構和基團，而且多種化學結構和基團之間相互影響，再加之遇到的腐蝕介質和所處的腐蝕環境不同，因此在分析成膜樹脂結構對防腐涂料的影響時，一定要具體分析，這樣才能取得預期的效果。總之，從結構上看，碳鏈聚合物形成的涂膜其耐腐蝕性能比雜鏈聚合物的要好，若以氟、氯等元素取代碳鏈上的氫原子，因氟、氯等原子的半徑較小，對碳-碳鍵的間隙有充填屏蔽作用，加之氟-碳鍵和氯-碳鍵的鍵能高于碳-碳鍵的鍵能，因此，可提高其耐腐蝕性能。另外，固化涂膜中應盡可能不含低分子化合物，同時避免羥基、羧基、醛基、氨基等活性基團的存在。固化涂膜中雙鏈數也應減少到最低數，以避免產生過多的腐蝕介質作用中心而加速腐蝕的進行。在成膜樹脂確定的情況下，成膜樹脂聚合度的增加，漆膜的強度、耐磨性、軟化點、化學穩定性和耐候性均有所提高。

4.5 涂裝設計

在防護涂裝的設計中，往往是根據成膜物質的性能特長派以不同的用場。例如：采用具有化學活性的成膜物質作為底漆，如環氧樹脂類。面漆則采用化學惰性的高聚物，如丙烯酸酯類、脂肪族聚氨酯類以及含氯含氟乙烯類樹脂。通過反應性樹脂的配合或使用催化劑，使具有化學活性的成膜物質，在涂裝后的干燥過程中，官能團之間進行化學反應，生成網狀立體結構，也能達到兼顧附著力和耐候性的目的?？傊诖蠖鄶登闆r下涂裝設計時，涂層體系由底漆、中涂漆和面漆構成。底漆對底材和面漆有較高的附著力和粘接力，并有緩蝕防銹作用;中層漆是過渡層，起抗滲作用;面漆則起抵抗腐蝕介質和外部應力的作用，三者構成的涂層發揮總體效果。

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4.6 涂裝作業

在前面各工序完成并檢驗合格后，就可以進行涂裝作業。隨著涂裝技術的進步和涂料新品種的涂裝要求，目前已有十余種涂裝方法。例如：刷涂、浸涂、淋涂、輥涂、空氣噴涂、高壓無氣噴涂、靜電噴涂、電泳涂裝、自泳涂裝、粉末硫化床涂裝等等。每種方法各有特點和一定的適用范圍，應根據涂裝對象、技術要求、涂裝設備條件和工藝環境等情況，正確地選用合適的涂裝方法，才能收到涂裝質量燈、效率高、成本低的效果。涂料被涂覆在物體表面上，由濕膜或干粉堆積膜轉化為連續的固體沈膜的過程需要干燥或固化。一般干燥的方式有三種，自然干燥、加熱干燥和高能輻射干燥。自然干燥對環境要求比較嚴格，尤其溫度和濕度。一般情況下，涂裝的溫度應控制在15~30℃，濕度在65%以下為宜，并盡可能避免陰雨天施工。

在室內施工時，應注意通風、排污、防火。對于加熱干燥，無論從涂層性能質量上還是從經濟方面衡量，都是一種有效益的干燥方法。同一種涂料，烘干漆膜的耐腐性，大多數優于自干漆。烘干溫度在100℃以下為低溫烘干;100~150℃為中溫烘干;150℃以上為高溫烘干。高能輻射干燥技術，當前主要指用紫外線照射和電子束輻射固化有機除層的技術，是比較新的涂裝干燥技術。它們的特點是固化速度極快，干燥過程在幾秒至幾分鐘之內即可完成，能量利用率和干燥效率非常高，涂裝成本低，基本不污染環境。

雖然涂裝有許多新技術。但目前為止防腐涂裝仍以自然干燥和加熱干燥為主。

5結束語

材料的腐蝕與防護，一直是一對矛盾。腐蝕是自然的，特別在惡劣的環境下，例如：沿海地帶(嚴重的鹽霧、空氣溫熱)、酸霧地區(如H2S、S02、CO2、CO、NO2等)、大型化工和石油化工加工廠周圍、大型火力發電廠附近等地區，腐蝕的程度更為嚴重。人們不能從根本上抑制腐蝕的發生，但可以設法對腐蝕材料進行保擴，使其腐蝕的速度減慢。在這一過程中，人們創造了各種防腐的方法，涂料防腐是其中最為廣泛使用的一種。

為能夠形成完善的防腐涂層，應當做好：

①選用合適的涂料體系;

②制訂較好的涂裝工藝;

③進行正確的表面處理;

④嚴格執行涂裝程序管理。